齐聚噻吩及其衍生物具有良好的环境稳定性和优异的光、电性能,是一种优异的有机功能材料。为了发展新型齐聚噻吩衍生物，拓展其在不同领域的应用，在本文中，作者设计、合成了系列星形齐聚噻吩衍生物，在分别研究了它们的光、电性能基础上，进一步探讨了这些星形齐聚噻吩衍生物作为有机电致变色材料和有机光伏材料的应用。分别以苯和氮为“核”，设计了两系列星形齐聚噻吩衍生物：1,3,5-三(2′-噻吩)苯(3TB)、1,3-二(5′-醛基-2′-噻吩)-5-(2′-噻吩)苯(3TB-2CHO)、1,3,5-三(5′-氰基-2′-噻吩)苯(3TB-3CN)、1,3-二(5′-羧基-2′-噻吩)-5-(2′-噻吩)苯(3TB-2COOH)、1,3,5-三(2′-(5′,2′′-二噻吩))苯(6TB)、三(4-(2′-噻吩)苯)胺(3TPA)、三(4-(5′-氰基-2′-噻吩)苯)胺(3TPA-3CN)、三(4-(5′-羧基-2′-噻吩)苯)胺(3TPA-3COOH)。用质谱、核磁共振谱和红外光谱对所设计、合成星形齐聚噻吩衍生物的结构进行了表征。各星形齐聚噻吩衍生物的结构如下图所示：研究了星形齐聚噻吩衍生物的光、电性能。利用紫外-可见光谱和循环伏安，测定和计算了各个化合物的光学能隙、HOMO、LUMO能级和电化学能隙；测定了各化合物的荧光光谱，并计算了各个化合物的荧光量子效率。分析了星形齐聚噻吩衍生物的分子结构与光、电性能间的关系。研究发现，应用不同的基团作为星形齐聚噻吩衍生物的核、改变共轭链的长度以及引入不同的取代基团都可以调控它们的光、电性能。在对其光、电性能研究的基础上，进行了星形齐聚噻吩衍生物作为有机电致变色材料和有机光伏材料的研究。制备了两种类型的有机电致变色器件，器件结构分别为：(A) ITO/电致变色活性层/电解质溶液/金属Pt；(B) ITO/电致变色活性层/凝胶电解质/ITO。基于器件(A)，研究了3TB、3TB-2CHO、3TB-3CN、6TB、3TPA和3TPA-3CN的电致变色性能，并对其电致变色机理进行了初步研究。结果显示，这些星形齐聚噻吩衍生物所形成的膜均具有电致变色性能。电化学未掺杂时或去掺杂后，3TB-2CHO、3TB-3CN和3TPA-3CN膜的颜色分别为无色、无色和黄色，电化学掺杂后颜色分别为褐色、红色和橙色，当电压在正负之间转换时，3TB-2CHO、3TB-3CN和3TPA-3CN均能发生可逆的颜色变化。研究中还发现，对于噻吩环α位不含取代基的化合物，在进行电化学掺杂时首先发生聚合形成聚合物，同时伴随颜色的变化。3TB、6TB和3TPA的噻吩环α位不含取代基，其膜自身的颜色分别为无色、浅黄色和浅黄色，施加正向电压时分别变为浅蓝色、深蓝色和深蓝色，该变色过程不可逆，实际为电化学聚合过程；施加负向电压或撤去电压后，这三种膜分别变为浅黄色、黄色和黄色，也即聚(3TB)、聚(6TB)和聚(3TPA)自身的颜色。对聚(3TB)、聚(6TB)和聚(3TPA)膜进行电化学掺杂时，聚合物的颜色分别变为浅蓝色、深蓝色和深蓝色，当电化学去掺杂时，聚合物膜的颜色又从浅蓝色、深蓝色和深蓝色变为聚合物自身的颜色；当电压在正负之间转换时，聚(3TB)、聚(6TB)和聚(3TPA)均能发生可逆的颜色变化。基于器件(B)，研究了聚(3TB)、聚(6TB)、聚(3TPA)、3TB、6TB、3TPA、3TB-3CN和3TPA-3CN膜的电致变色性能。其电致变色性能与在电解质溶液中基本相同，同时还发现基于凝胶电解质的电致变色器件，掺杂或去掺杂所需要的驱动电压均高于基于电解质溶液的电致变色器件，这可能是由于凝胶电解质中不具有较好的离子导电通道所致。研究了各星形齐聚噻吩衍生物作为有机光伏材料的应用。以ITO玻璃和金属Al为电极，分别用3TB、3TB-2CHO、3TB-3CN、3TB-2COOH、6TB、3TPA和3TPA-3CN作为电子给体材料，3,4,9,10-二萘嵌苯四甲酸二酐(PTCDA)作为电子受体材料，组装了有机p-n异质结光伏器件，器件结构为：ITO/星形齐聚噻吩衍生物/PTCDA/Al，对这些器件的性能进行了研究。研究结果表明，在噻吩环α位置引入不同的取代基均能不同程度地影响各器件的光伏性能。器件ITO/3TB-2CHO/PTCDA/Al获得了所有器件中最大的短路电流，这可能是由于3TB-2CHO结构中的-CHO基团能与PTCDA形成分子间氢键，从而使p-n异质界面的有序度得到提高，有利于电子和空穴对的分离和传输。3TB-2CHO与3TB-2CHO-PTCDA混合物的红外光谱表明，3TB-2CHO与PTCDA间确有分子间氢键形成。以氮为核心的3TPA及3TPA-3CN齐聚噻吩衍生物，均具有较高的开路电压和较好的光伏性能，尤其是在结构中引入-CN后可使其光电转换效率显著提高。结果显示，这一类以氮为核心的齐聚噻吩衍生物是具有发展潜力的有机光伏材料。